Fyysiset ja ydinominaisuudet
Zirkonium on siirtymämetalli, jonka tiheys on noin 6,49 g/cm3, sulamispiste noin 1852 astetta C ja kiehumispiste noin 4377 astetta. Se on hopeanharmaa, huoneenlämmössä sitkeä ja muodostaa korroosionkestävyyden perustana olevan oksidikalvonsa tiheän, itse{6}}paranevan oksidikalvon. Sen lämpölaajeneminen on alhainen ja lämmönsiirtotehokkuus korkea, minkä vuoksi sitä esiintyy enemmän lämmönvaihtimissa kuin vain laboratoriolaitteissa.
Ominaisuus, joka erottaa zirkoniumin muista korroosionkestävistä metalleista, on sen erittäin alhainen lämpöneutronien absorptio-poikkileikkaus, noin 0,18 barnia atomia kohti. Zirkonium on siksi lähes läpinäkyvää neutroneille, kun taas sen mukana luonnossa esiintyvä hafnium absorboi niitä voimakkaasti, minkä vuoksi ydinlaadut on määritelty hafniumrajassa eikä vain zirkoniumpitoisuudessa.
Arvosanat ja UNS-nimitykset
Teollisuuszirkoniumia tilataan neljänä laajalti käytettynä lajina, joista jokaisella on UNS-numero, joka näkyy tehtaan sertifikaatissa. Laji valitaan korroosion ja vaaditun lujuuden mukaan, ei pelkästään puhtauden vuoksi.
| Luokka | UNS numero | Erottava ominaisuus | Yleiset tuotemuodot |
|---|---|---|---|
| 702 zr | R60702 | Puhtain vakiolaatu; Zr + Hf 99,2 % min ja Hf 4,5 % max | Levy, levy, nauha, putki, tanko |
| 704 zr | R60704 | Tina-laakeriluokka, noin 1,2-1,7 % Sn, lisää lujuutta | Levy, levy, putki |
| 705 zr | R60705 | Niobium-laakeriluokka, 2,0-3,0 % Nb, vahvin neljästä | Lauta, putki, tanko |
| 706 zr | R60706 | Vaihtoehtoinen niobium-laakerilaatu eri seostasapainolla | Levy, levy, putki |
Tuotelomakkeet kattavat erilliset materiaalierittelyt: ASTM B551 levyille, levyille ja nauhoille, ASTM B523 saumattomille ja hitsatuille putkille ja ASTM B550 tankoille ja langalle. Ostotilaus, jossa nimetään laatu, mutta ei tuotespesifikaatiota, jättää toleranssit ja testitiheyden määrittelemättömäksi, joten tilauksessa tulee näkyä molemmat.
Korroosiokäyttäytyminen
Zirkonium kestää suolahappoa, typpihappoa, useimpia orgaanisia happoja, klorideja ja emäksisiä aineita, ja se toimii hyvin urea- ja vetyperoksidipalveluissa. Sen rajat ovat yhtä tärkeitä kuin sen vahvuudet. Sitä hyökkäävät fluorivetyhappo ja fluoridi- sisältävät liuokset, ja se ei sovellu väkevään rikkihappoon, joten sekahappovirralle tarkoitettu lämmönvaihdin on tarkistettava fluoripitoisuuden suhteen ennen laadun vapauttamista.
Korroosionkestävyys riippuu oksidikalvon pysymisestä ehjänä. Ilmaa tai happea on siksi oltava läsnä monissa vesipitoisissa palveluissa, ja pitkiä aikoja täysin ilman ilmaa käyvät laitteet voivat käyttäytyä eri tavalla kuin samat laitteet ilmastuskierrossa.
Valmistus ja mekaaninen käyttäytyminen
Zirkonium on helposti kuuma- ja kylmämuovattavissa ja se voidaan hitsata suojakaasun alla sopivalla täyteaineella. Sillä on kohtalainen lujuus ja korkea sitkeys hehkutetussa tilassa, joten muovaus ei yleensä ole rajoittava vaihe valmistuksessa; puhtaus on. Terästyökalujen, työpenkkien tai hiomalaikkojen aiheuttama rautakontaminaatio aiheuttaa hydridoitumista ja ennenaikaista vikaa, joten erityinen alue ja omat työkalut ovat normaalia käytäntöä. Kevyt happopeittaus tai mekaaninen puhdistus muotoilun jälkeen poistaa upotetun raudan ennen huoltoa.
Sovellukset
Eniten käyttökohteita ovat kemialliset prosessilaitteet, kuten lämmönvaihtimet, kolonnit, reaktorin vuoraukset, pumput ja venttiilit, varsinkin kun kloorivetyhappoa tai kloridia sisältävät virrat tekevät ruostumattomasta teräksestä epäkäytännöllistä. Ydinsovelluksissa käytetään hafnium-ohjattuja zirkoniumseoksia polttoaineen päällysteissä ja sydämen sisäosissa, ja pienempiä määriä käytetään lääketieteellisissä ja erikoissovelluksissa, joissa vaaditaan sekä biologista yhteensopivuutta että korroosionkestävyyttä.
Usein kysytyt kysymykset
Q:Mitä eroa on Zr702:lla ja Zr705:llä?
V: Zr702 (UNS R60702) on seostamaton laatu, jolla on paras yleinen korroosionkestävyys. Zr705 (UNS R60705) sisältää 2,0-3,0 % niobiumia, joka lisää lujuutta, mutta vähentää hieman korroosionkestävyyttä joissakin väliaineissa.
Q:Miksi hafnium on rajoitettu zirkoniumiin?
V: Hafnium absorboi lämpöneutroneja voimakkaasti. Ydinvoimalaitoksessa vaaditaan alhainen hafniumpitoisuus, ja myös kemian palveluissa Hf-raja on osa laatumääritelmää, esim. R60702:ssa Hf 4,5 % max.
Q:Voidaanko zirkoniumia käyttää fluorivetyhapon kanssa?
V: Ei. Fluori-ionit hajottavat suojaavan oksidikalvon, ja zirkonium syövyttää nopeasti fluorivetyhapossa ja fluori{1}}saastuneissa virroissa.
Q:Miten zirkoniumputki tilataan?
V: Luokan ja UNS-numeron, tuotespesifikaatioiden (esim. ASTM B523 putkelle), ulkohalkaisijan, seinämän paksuuden, lämpötilan ja testivaatimusten mukaan tilauksessa ilmoitettujen hafnium- ja happirajojen mukaan.
Q:Mikä aiheuttaa zirkoniumlaitteiden varhaisen vian?
V: Rautakontaminaatio ja hydridoituminen ovat tavallisia syitä. Hiiliterästyökaluista tai -penkeistä valmistettu rauta luo paikkoja, joissa vety imeytyy ja metalli halkeilee.
Q:Onko zirkonium magneettista?
V: Ei. Se on ei--magneettinen siirtymämetalli, mikä on yksi käytännöllinen tapa erottaa se raudan kontaminaatiosta valmistustarkistuksen aikana.